FaceBitは、顔を通して心拍を感知し、装着者の健康状態をモニターすることができます。
ノースウェスタン大学のエンジニアは、"顔のためのFitbit "と呼ぶ、フェイスマスク用の新しいスマートセンサー・プラットフォームを開発しました。
FaceBit "と名付けられたこのセンサーは、小型の磁石を使い、N95マスク、布製マスク、手術用マスクに取り付けることができる軽量かつ1/4サイズのセンサーです。
呼吸数、心拍数、マスクの装着時間などをリアルタイムで計測するだけでなく、マスクのフィット感を測定することで、面倒な検査を代替することができるかもしれません。これらの情報は、スマートフォンのアプリに無線で送信され、アプリにはリアルタイムで健康状態をモニタリングするためのダッシュボードが含まれています。心拍数の上昇やマスクの漏れなど、予期せぬ事態が発生した場合、アプリが即座にユーザーに警告を発することができます。また、生理的なデータから、疲労度や体調、感情の状態を予測することも可能です。
FaceBitは、小さなバッテリーで駆動しますが、ユーザーの呼吸の力、動き、息の熱、太陽など、周囲のさまざまなエネルギー源からエネルギーを採取するように設計されています。これにより、センサーの電池寿命を延ばし、充電間隔を長くすることができます。
「私たちは、医療従事者のために、シフトの最中に不便なコンセントがなくても使えるインテリジェントなフェイスマスクを設計したいと思いました。"我々は、様々なソースからのエネルギーハーベスティングでバッテリーのエネルギーを補強しました。"これは、充電やバッテリー交換をしなくても、1～2週間マスクを装着できることを意味します。
この研究は、先週のAインタラクティブ、モバイル、ウェアラブル、ユビキタス技術に関するCMの論文集に掲載されました。この研究で、研究者はフェイスビットの精度が臨床グレードのデバイスと同等であること、充電間隔が11日間以上持続することを確認しました。詳細は、フェースビットヘルスでご覧いただけます。
ヘスターは、ノースウェスタン大学マコーミック工学部のコンピュータサイエンス、コンピュータエンジニアリング、電気工学の助教授で、デザインのブリード・ジュニア教授を務めています。
フィットテストの近似値
FaceBitをデザインする前に、Hesterと共同研究者はまず医師、看護師、医療助手にインタビューを行い、スマートフェイスマスクに対する彼らのニーズをより深く理解しました。一連の調査の結果、すべての臨床医が、特にウイルスに感染した患者を直接診る際には、マスクの装着感が最も重要であると回答しています。
N95マスクが顔にきちんと密着しているかどうかを確認するために、医療従事者は定期的に20分の「フィットテスト」を受けています。このプロセスでは、まずN95マスクを装着し、次に透明なフードを頭全体にかぶります。そして、別の作業員がフードに甘味または苦味のあるエアロゾルを送り込みます。 エアロゾルの濃度は、呼吸器を装着している人が感知できるようになるまで、フードの中で徐々に高められていきます。ある回数、エアロゾルを噴射する前に苦味や甘味を感じた場合は、マスクが正しく密閉されていないことになります。.
FaceBitは、この面倒なプロセス（医療業界における長年の課題）を代替することはできませんが、検査の合間にマスクの適切なフィット感を維持することは可能です。例えば、1日中マスクが緩んできたり、活動中にマスクにぶつかったりすると、FaceBitは装着者に警告を発します。
「12時間以上マスクをつけていると、顔がしびれることがあります。「マスクが緩んでいても、感覚がなかったり、疲れきっていたりして、気づかないことがあります。マスクの抵抗値を測定することで、フィットテストはおおよそ可能です。抵抗値が急に下がるようなことがあれば、それは漏れが生じていることを意味し、着用者に警告することができます」。
顔を中心としたバイオセンシング
しかし、FaceBitはマスクの装着感を評価するだけでなく、マスクを装着した人をリアルタイムでモニターすることができます。心拍数や呼吸数など、さまざまな生理信号を収集することで、マスク着用者が自分の身体をより深く理解し、健康に有益な判断を下せるよう支援します。マスクやフィット感、装着時間など、すべての健康情報は付属のスマートフォンアプリに表示される。
ヘスターによると、人は心臓が動くたびに、気づかないほど微小に頭が動くという。FaceBitは、その微小な動きを感知し、他の動きと区別して心拍数を算出することができる。
「心臓は大量の血液を全身に送り出すため、その弾道力は非常に強いのです」とHesterは言います。"血液が主要な動脈を上って顔に到達するときの力を感知することができました。"
ストレスのかかる出来事は、呼吸が速くなるなどの生理的反応を引き起こすことがあるので、FaceBitはその情報を使って、休憩を取ったり、散歩に行ったり、深呼吸して落ち着くようにユーザーに警告することができます。また、病院のシステムでも、このデータを使って、従業員のシフトや休憩のスケジュールを最適化することができます。また、心拍数と呼吸数は互いに密接に関係しているため、両方を簡単にモニターできるようになれば、新しい研究の可能性も広がります。
バッテリーフリーの未来
持続可能なバッテリーフリー技術の専門家であるHesterは、彼のチームや他のチームがいずれFaceBitを完全にバッテリーフリーにすることを望んでいる。現在は、装着者の呼吸や動き、あるいは太陽の光によって、バッテリーフリーの電池の寿命を延ばすことができます。しかし、将来的には、熱エネルギーや運動エネルギーを利用することで、電池の寿命を延ばすことができます。
Hester氏によると、FaceBitはまだ臨床試験と検証を行う必要があるとのことです。研究チームは、オープンソースおよびオープンハードウェアとしてプロジェクトを公開し、他の人が装置を作って検証できるようにしています。
「FaceBitは、実用的なオンフェイス・センシングと推論への最初のステップを提供し、COVID-19の最前線で働く人々やそれ以降の人々の一般的な健康モニタリングに持続可能で便利で快適な選択肢を提供します」と、Hesterは述べています。"私は、研究コミュニティにこれを渡して、彼らがこれで何ができるかを見ることにとても興奮しています"。
このプロジェクト「FaceBit: Smart Face Masks Platform」は、全米科学財団のCOVID-19パンデミックに対処するための迅速な対応研究のための助成金（賞番号CNS-2032408）によって支援されました。FaceBitは、ノースウェスタン大学ファインバーグ医学部の予防医学とマコーミック社のコンピュータサイエンスの助教授であるNabil Alshurafa氏との共同研究です。
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